[发明专利]稻草纤维的一种接枝改性方法

说明书

所属技术领域

本发明属于生物质资源再利用领域，特别涉及一种稻草秸秆全利用使其具有热塑性的改性方法。

背景技术

稻草等秸秆是年生长农作物的剩余物，资源丰富。其主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素。纤维素表面有大量羟基，易吸水，易形成分子内和分子间氢键，在分子链间侧向缔合成一定的结晶格子，具有高结晶度(60％～70％)的纤维素周围是由半纤维素和三维网状结构的木质素大分子经化学结合而成的母体填充包围而成为增强结构体。故秸秆纤维的熔点远高于其分解温度，难溶、难熔，不具备流延加工和熔融加工性能。使其在材料化应用中受到了很大的限制，通常仅被用于复合材料中的增强体或填充体。而复合材料中大量使用的热塑性或热固性树脂类石化产品不仅不能生物降解，而且有相当多的在秸秆复合材料的生产和使用过程中会释放致癌物甲醛，危害人体健康。虽然目前已有报道使用可再生的天然高分子胶黏剂，如淀粉、大豆蛋白等，这些胶黏剂具有易得、价廉、可降解等优点，但共同的缺陷是胶合强度低、耐水性和储存稳定性差以及易潮解霉变，因此需对其进行改性和加入化学添加剂。如为了改善淀粉的耐水性，采用与脲醛树脂、酚醛树脂等共混改性或用甲醛作为交联剂与淀粉分子交联形成多维网络结构的方法，这样又引入了甲醛有毒物质，有违使用淀粉胶黏剂的初衷。因此，近年来研究和开发绿色环保和可持续发展的秸秆复合材料受到了人们的广泛关注。

本发明的目的是对稻草秸秆纤维(rice straw,简写为RS)进行热塑化改性。通过二异氰酸酯的桥接在稻草纤维上接枝PEG，制备稻草纤维/PEG接枝高分子化合物，并采用了超声-微波协同合成技术。通过在稻草纤维上引入聚乙二醇柔性链段，使稻草的聚集状态发生改变，热性能明显改善，开发一种全生物质利用的方法。

发明内容

本发明的目的是针对稻草秸秆这种产量比较大的农作物副产物，开发了一种稻草秸秆转换为稻草纤维/PEG接枝高分子化合物的方法，从而能大大提高秸秆产品的附加值，克服了传统秸秆再利用方法浪费和污染的缺点。

本发明提供的一种稻草纤维接枝PEG的热塑性改性方法，包括以下步骤:

1、稻草的预处理

1)稻草粉末制备：用FZ-102微型粉碎机把成束整株稻草粉碎至20～60目，清水浸泡24h，乙醇和去离子水各清洗2遍，主要去除稻草中混杂的泥土。然后抽滤，放入真空干燥箱烘干，备用。

2)高温预处理法：称取8g洗涤过后的稻草粉加入反应釜，加入100mL H₂O，在160℃，一个大气压处理1h。处理后的稻草纤维分别用水、乙醇交替洗涤，抽滤，80℃真空干燥。

3)微波预处理法：称取8g洗涤过后的稻草粉加入三口烧瓶中，加入DMSO作溶剂，在60℃，微波功率分别为100、200、300和400W下，处理1-2h。处理后的稻草纤维用乙醇和去离子水洗净，80℃真空烘干。

4)超声预处理法：称取8g洗涤过后的稻草粉加入特制三口烧瓶中，加入DMSO作溶剂，液面没过超声波探头1cm～2cm，在60℃，超声功率分别为300、400、500、600、700和800w处理1h。处理后的稻草纤维用乙醇和去离子水洗净，80℃真空烘干。

5)超声-微波协同预处理法：称取8g洗涤过后的稻草粉加入特制三口烧瓶中，加入DMSO作溶剂，液面没过超声波探头1cm～2cm，在微波功率100、200W，超声波功率300、400、500W下，温度60℃、处理1h。用乙醇和去离子水洗净，80℃真空烘干。

预处理后的稻草粉用红外光谱、扫描电子显微镜和XRD进行了表征。测定了预处理前后稻草粉中综纤维素、木质素和纤维素的含量。表征结果显示最佳的预处理方法是60℃下超声(300W)-微波(100W)协同处理60min。预处理后稻草粉中综纤维素、木质素和纤维素分别为61.23％、15.93％和41.77％。

2、稻草纤维接枝PEG

1)称取一定量严格干燥的预处理稻草粉于三口烧瓶中，加入适量的无水DMSO(以超声变幅杆头没过液面1～2cm为准)和适量的二异氰酸酯(TDI、MDI)，通N₂除氧，设置微波功率(250，300，350，400W)、超声功率(180，270，360，450W)、温度(60℃)、时间(50，60，70，80min)，将二异氰酸酯的一端连接到稻草纤维的羟基上形成酰胺键，分别制得RS-TDI和RS-MDI。